分布式电源接入对江门配电网保护的影响研究

姚军艳

(江门明浩电力工程监理有限公司，广东 江门 529000)

0 引言

随着国民经济结构的调整和电力行业的飞速发展，当今社会对能源和电力供应的质量以及安全可靠性要求日益提高，而目前电力工业在向“大电网、大机组”模式发展的过程中，不可避免的存在着系统不稳定的弊端，不能灵活跟踪负荷变化，对于偏远地区的负荷不能进行理想供电，局部事故极易扩大为大面积的电网事故，严重影响着重要用户供电;同时，大量地消耗以煤为主的化石能源所带来的日益严重的污染，以及对生态环境的破坏，使得研究利用清洁能源和可再生能源发电成为迫在眉睫的课题。在此背景下引发了社会各界对分布式发电的关注。

1 分布式电源的概念

分布式发电(Distributed Generation，简称DG)是指区别于集中发电、远距离传输、大互联网络的传统发电形式，其功率在几十千瓦到几十兆瓦范围内，分布在负荷附近的清洁环保的，经济、高效、可靠的发电方式。它可以起到节约能源、削峰填谷、缓建输配电设备、减少线损、提高供电可靠性等经济效益。由于DG容量小，电压低，一般直接通过变压器在配网接入电力系统，因此对配网系统的运行影响最大，而配网又是和电力用户联系最为紧密的环节，因此研究分布式电源对继电保护关键问题的影响，对实际配电网的运行与控制有着很现实的意义。

2 配网结构及保护简介

图1 线路模型

配电网的拓扑结构类型较多，主要包括放射式接线、树干式接线和环网式接线方式，其形式主要取决于对供电可靠性的要求。中国城乡大多数的配电系统仍然以放射状链式结构为主。这种结构的网络有许多优点，比如接线可靠、保护整定容易、扩容简单等。

目前江门中、低压配电网主要是单侧电源辐射型供电网络，其电流、功率的方向是恒定的，因此继电保护的配置也是基于单端电源系统设计的。配电网馈线保护一般配置为传统的三段式电流保护，即电流速断保护、限时电流速断保护和定时限过电流保护。电流速断、限时电流速断和过电流保护都是反应于电流升高而动作的保护方式。它们之间的主要区别在于按照不同的整定原则来选择起动电流，所谓起动电流是指使保护装置起动的最小电流值，它所代表的意义是：当在被保护线路的一次侧电流达到这个数值时，安装在该处的这套保护装置就能够起动。电流速断保护按照躲开线路末端故障产生的最大三相短路电流的方法整定，不能保护线路的全长；限时电流速断保护按照躲开相邻元件电流速断保护的动作电流整定，能够保护线路的全长；定时限过电流保护按照躲开线路最大负荷电流来整定，作为相邻线路保护的远后备保护，能够保护相邻线路的全长。

3 分布式电源接入江门配网对保护的影响

3.1 分布式电源接入对保护影响分析

分布式电源对配电网主要的影响是在发生故障时将对故障点提供故障电流。不同类型的分布式电源提供的短路电流不同。从研究继电保护的角度而言，分布式电源模型可以用一个电源串联电抗的模型来表示，因此需要考虑的是，在故障发生时分布式电源能够提供多大的故障电流。不同类型的分布式电源其电抗值是有差别的，它表征了该电源的故障电流注入能力。此外，在不改变分布式电源接入位置的情况下，随着分布式电源容量的改变，发生短路故障时，配电网中的短路电流有着较大的改变。与不接分布式电源相比，在同一点发生故障，流过分布式电源下游保护的短路电流增大，在不改变保护定值的情况下，这将使下游保护的保护范围增大；随着容量的增加，分布式电源的助增能力越大，伸入下一段保护的范围越大，继电保护的选择性将得不到满足。

3.2 分布式电源的不同接入点对江门配电网保护的影响

分布式电源相对于保护的位置不同，会有不同的影响效果。

川岛110千伏线路情况：2010年7月8日，总投资5.3亿元的110千伏川岛联网供电工程正式竣工投运。川岛联网供电工程包括新建110千伏上川、下川变电站两座，扩建大陆侧110千伏海宴变电站，其110千伏输电线路采用架空线路及海底电缆相结合的方式建设，总长66.3千米 （其中两段海底电缆共12.182千米），4台有载调压主变压器容量总计10.3万千伏安。

目前，中广核台山川岛风电公司在江门电网运行的风电场有上川岛风电场和下川岛风电场，总装机容量12.775万千瓦，其中上川岛风电场总装机容量8.5万千瓦，以110千伏接入上川站，于2010年8月投运，后续将增加10千伏接入；下川岛风电场总装机容量4.275万千瓦，以10千伏接入下川站。

图2 台山电网局部接线图

为分析方便，首先我们对实际情况进行建模，对物理模型进行分析，来比较分布式电源接入点不同位置对江门电网的影响。

以江门台山电网为例进行建模，在下图中，电源S表示铜鼓电厂的等值效果，电源S到LD3之间等值为海上线（海宴站至上川站），其中P2等值为下川站，电源S到LD1之间等值为海宴站外网情况，以下按DG（风电场）接入江门台山电网系统位置的不同，分两种情况进行讨论分析。

3.2.1 在线路末端并入DG

图3 线路末端并入DG

如图3所示，在线路的末端并入DG（上川风电）。

此时系统S和DG之间的区段由原来的单电源辐射供电变成双电源供电，其他区段仍为单电源供电。系统短路点位置不同，DG的并入对各保护动作行为的影响也不同，具体分析如下：

1）DG下游F1点发生短路故障

当DG上游F1点发生短路故障时，由于保护P3、P4感受不到故障电流，因而其动作行为不受DG并入的影响。流过故障点的短路电流由系统S和DG两者共同提供，但流过保护P1、P2的短路电流仅由系统S提供，P1、P2感受到的短路电流的大小和方向均与并入DG前相同，故保护的动作行为不受DG并入的影响，P2能可靠动作并切除故障线路。

2）DG上游F2点发生短路故障

当DG上游F2点发生短路故障时，保护P3、P4同样感受不到故障电流，因而其动作行为也不受DG并入的影响。流过故障点的短路电流由系统S和DG两者共同提供，但流过保护P1的故障电流仅由系统S提供，保护动作行为不受并入DG的影响，Pl能可靠动作并切除故障线路。F2点故障时，P2能感受到DG提供的短路电流，此时有两种可能：一是DG提供的短路电流足够大，P2能可靠动作并切除本线路，然后由DG独立地向LD3供电，形成所谓的电力孤岛；二是采取“反孤岛(anti—islanding)”策略，使并入配电网的DG瞬时感应电压骤降或主网服务的中断而与系统自动解列。

3）同一母线的其他馈线F3点发生短路故障

当与并入DG的线路共母线的其他馈线在F3发生短路故障时，短路电流由系统S和DG共同提供，P3能可靠动作并切除故障线路；但当F3点故障时，保护Pl、P2均能感受到由DG提供的短路电流，由于P2原有整定的动作值和动作延时都比P1小，若DG容量过大，则P2会误动并切除本线路，此时为避免电力孤岛，DG应与系统自动解列。

4）同一母线的其他馈线F4点发生短路故障

当F4点发生短路故障时，分析同(3)，最理想的情况是仅由P4动作并切除故障线路，但也存在另外两个问题，即：1.DG容量过大，使P2误动并切除本线路，此时DG应与系统自动解列；2.DG提供的短路电流不足以使P2动作，但此时由于P3感受到的短路电流由系统S和DG共同提供，流过P3的短路电流增大，将可能导致其瞬时速断保护躲不开F4点发生故障时的短路电流而误动，将本线路切除，从而使保护失去选择性。因此，在这种情况下必须限制DG的容量以保证保护的选择性。

3.2.2 在线路中间位置并入DG（下川风电）

图4 线路中间位置并入DG

如图4所示，在其中一条馈线的中间位置并入DG。

此时系统与DG之间的区段为双电源供电，其他区域仍为单电源供电。系统短路点位置不同，DG的并入对各保护的影响也不同，具体分析如下：

1）DG下游Fl点发生短路故障

当DG下游Fl点发生短路故障时，P3、P4感受不到故障电流，因而保护动作行为不会受到DG并入的影响。流过P2的故障电流将由系统S和DG共同提供，保护能可靠动作并切除故障线路。值得注意的是，此时流过保护P1的故障电流虽也仅由系统S提供，但此故障电流比并入DG前F1发生短路时流过Pl的故障电流要小(且并入的DG容量越大，Fl发生短路时P1感受到的故障电流越小)，因而P1的灵敏度将有所降低。

2）DG上游F2点发生短路故障

当DG上游F2点发生短路故障时，保护P3、P4感受不到故障电流，其动作行为不会受到DG并入的影响。同(1)中情况一样，流过保护P1的故障电流虽只由系统s提供，但该故障电流比并入DG前要小，从而使得Pl的灵敏度降低，严重时Pl甚至会拒动。可见，必要时应限制并入系统的DG容量。

3）同一母线的其他馈线F3点发生短路故障

当F3点发生短路故障时，P2感受不到故障电流，其保护动作行为不会收到影响。流过P3的故障电流由系统S和DG共同提供，保护能可靠动作并切除故障线路。但当F3点发生故障时，保护P1能感受到DG提供的短路电流，若DG容量过大，则P1会误动并切除本线路，此时DG应与系统自动解列。

4）同一母线的其他馈线F4点发生短路故障

当F4点发生短路故障时，P2感受不到故障电流，其保护动作行为不会受到影响。P4感受到的故障电流由系统S和DG共同提供，保护能可靠动作并切除故障线路。但当F4点发生故障时，保护Pl能感受到DG提供的短路电流，若DG容量过大，则P1会误动并切除本线路，此时DG应与系统自动解列。流过保护P3的故障电流由系统S和DG共同提供，流过P3的故障电流增大，可能会导致其瞬时速断保护躲不开F4点发生故障时的短路电流而误动，将本线路切除，从而使保护失去选择性。

4 结论与展望

配网系统中并入DG对电流保护的影响主要表现如下：一是，导致非故障线路保护误动，从而使保护失去选择性，扩大事故影响范围；二是，导致本线路保护灵敏度降低，严重时保护拒动。同时也可以看出，DG对三段式过流保护的影响与DG的容量大小及接入配电系统的位置有关，并入系统的DG容量不宜过大，在DG容量一定的情况下，并入线路末端时对保护的影响较小，在DG容量较大时，可以事先校验各极端情况下的电流保护定值及灵敏度，必要时还可以考虑为电流保护加设方向元件。总的来说，分布式电源接入会对配电网在电压质量、保护、故障恢复等方面产生较大的影响，下一步我们将进一步作研究。

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